增强UV-B辐射对乌拉尔甘草叶片蜡质和转录组的影响

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全球UV-B辐射水平的增加对植物的正常生长和发育具有严重危害。从不同水平和角度研究植物对UV-B辐射的防御与修复机制是当今植物学研究和全球农业研究的热点之一。本实验以乌拉尔甘草为研究对象,利用转录组测序和气相质谱等手段,系统分析了增强UV-B辐射对甘草叶片蜡质的影响。研究结果如下:1.甘草叶片蜡质层蜡质总量随着UV-B辐射时间的延长而增加,且蜡质组分中烷烃类和脂肪酸类成分的含量出现不同程度的增加,但以烷烃类物质的增加最为显著,酯类物质未见明显变化。2.通过Illumina测序获得了辐射时间为2h、12h、48h、96h的甘草叶片转录组数据,经拼接后共得到81158个Unigenes序列,通过BLAST比对并被注释到的有43902个基因,注释率为54.1%。KOG功能分类中共有24953个Unigenes归入25个功能中,KEGG数据库注释结果表明共有10570个Unigenes注释到了123个pathways上。其中与蜡质的合成途径相关的代谢途径分别是脂肪酸代谢途径共98个Unigenes,脂肪酸合成途径共61个Unigenes,脂肪酸延长途径共7个Unigenes.这些基因为深入研究增强UV-B辐射对甘草叶片蜡质层的影响提供了重要的基础。3.对CK、T2、T12、T48、T96的甘草叶片转录组数据进行PCA分析和两两差异比较分析后发现,CK与T2聚为一类、T12单独聚为一类、T48和T96聚为一类,这可能暗示着在起始UV-B辐射时,UV-B辐射更多的作为一种输入信息来调控甘草叶片的代谢途径。但随着辐射时间的延长,叶片中积累的UV-B辐射能量越来越多,此时UV-B辐射从一种调控信号慢慢转变为胁迫因子,而甘草叶片的代谢途径逐渐转变为响应UV-B辐射胁迫的过程。对对照组和实验组差异基因比较发现随着辐射时间的增加,参与响应UV-B辐射的基因越来越多,最高可达15962个差异基因。4.进一步分析发现UV-B辐射促进了蜡质中烷烃合成途径基因的表达,抑制了酯类等其它物质的合成途径的基因表达,并促进了蜡质向细胞膜外的运输过程。进一步分析筛选出了8个可能参与蜡质转运的非特异性脂质转运蛋白(nsLTPs)。并通过RT-qPCR对转录组和表达谱的部分数据进行验证。
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